Синтез кетоновых тел и их утилизация.

2.4.1.Под термином «кетоновые тела» подразумевают следующие соединения: ацетоуксусная кислота (ацетоацетат), β-гидроксимасляная кислота (β-гидроксибутират), ацетон. Это – продукты неполного окисления жирных кислот. Синтез их происходит в митохондриях печени из ацетил-КоА (рисунок 2.10).

Рисунок 2.10. Реакции синтеза кетоновых тел.

2.4.2.Синтез кетоновых тел в организме усиливается при ускоренном катаболизме жирных кислот (голодание, сахарный диабет). В этих условиях в печени имеется дефицит оксалоацетата, образующегося преимущественно в реакциях углеводного обмена. Поэтому затрудняется взаимодействие ацетил-КоА с оксалоацетатом и все последующие реакции цикла трикарбоновых кислот Кребса.

Ацетоуксусная и β-гидроксимасляная кислоты, которые относятся к кетоновым телам, являются сильными кислотами. Поэтому накопление их в крови приводит к сдвигу рН в кислую сторону (метаболический ацидоз).

2.4.3.Кетоновые тела как источник энергии используют миокард, лёгкие, почки, скелетные мышцы, даже головной мозг (при длительном голодании). Утилизация кетоновых тел осуществляется следующим образом (рисунок 2.11).

Рисунок 2.11. Реакции утилизации кетоновых тел.

Образующийся ацетил-КоА окисляется в цикле Кребса. Энергетический баланс окисления ацетоацетата до конечных продуктов составляет 23 молекулы АТФ, полного окисления β-гидроксибутирата - 26 молекул АТФ.

Печень не использует кетоновые тела в качестве энергетического материала.

Обучающие задачи и эталоны их решения.

Задачи.

Задача 1. У больного обнаружено большое количество жира в кале (стеаторрея). Заболевания каких органов могут обусловить возникновение этого симптома?

Ответ.Стеаторея – повышенное содержание липидов в кале - может быть обусловлена патологическими процессами в поджелудочной железе (нарушение выработки липазы), печени и желчевыводящих путях (закупорка желчного протока), тонком кишечнике (нарушение всасывания продуктов гидролиза липидов), см. 2.1.

Задача 2. У спортсмена перед ответственным стартом в крови повысился уровень свободных жирных кислот. Какова причина такого изменения?

Ответ.В состоянии эмоционального стресса в кровь выделяется гормон адреналин, который активирует фермент липазу жировой ткани. Липаза катализирует гидролиз триацилглицеролов с образованием глицерола и жирных кислот, содержание которых в крови повышается (см.2.2).

Задача 3. У больного после проведения курса гемодиализа выявлено снижение уровня карнитина в крови. Как изменится при этом состоянии: а) поглощение свободных жирных кислот тканями; б) уровень жирных кислот в крови; в) содержание триацилглицеролов в тканях?

Ответ.Карнитин является переносчиком жирных кислот из цитоплазмы клетки в митохондрии, где происходит их β-окисление. Недостаток карнитина приведёт к замедлению процессов катаболизма жирных кислот в тканях и использование их на синтетические нужды. Поэтому после проведения курса гемодиализа: а) поглощение свободных жирных кислот тканями понизится; б) уровень жирных кислот в крови увеличится; в) содержание триацилглицеролов в тканях также увеличится (см 2.3).

Задача 4. Рассчитайте количество молекул АТФ, которые запасаются в клетке при окислении 1 молекулы пальмитиновой кислоты до конечных продуктов.

Ответ.Пальмитиновая кислота, содержащая 16 углеродных атомов, проходит (16:2)- 1 = 7 циклов β-окисления, в процессе которого образуется 8 молекул ацетил-КоА. Энергетический баланс одного цикла составляет 5 молекул АТФ; 7 × 5 = 35 АТФ. Окисление молекулы ацетил-КоА даёт 12 молекул АТФ; 8 × 12 = 96 АТФ. Таким образом, прирост равен: 35 АТФ + 96 АТФ = 131 молекула АТФ. С учётом молекулы АТФ, затраченной в ходе активации пальмитиновой кислоты (- 1 АТФ), энергетический баланс полного окисления составляет 130 молекул АТФ (см 2.3).

Задача 5. Представьте в виде схемы включение глицерола в общий путь катаболизма. Обозначьте реакции дегидрирования и субстратного фосфорилирования. Рассчитайте количество молекул АТФ, образующихся при окислении молекулы глицерола до конечных продуктов.

Ответ.Схема катаболизма глицерола:

Энергетический эффект окисления глицерола: За счёт окисления ацетил-КоА в цикле Кребса – 12 АТФ; за счёт окисления НАДН в дыхательной цепи - 3×3=9 АТФ; за счёт субстратного фосфорилирования - 2×1=14; всего – 23 молекулы АТФ. Одна молекула АТФ была затрачена на активацию глицерола, следовательно, окончательный результат составляет 23-1=22 молекулы АТФ.

Контрольные вопросы:

1. Переваривание липидов в желудочно-кишечном тракте. Ферменты, участвующие в переваривании липидов. Особенности переваривания липидов у детей.
2. Желчные кислоты: источник и место образования, строение, свойства и функции. Формулы неконъюгированных и конъюгированных желчных кислот. Понятие об энтерогепатической циркуляции желчных кислот.
3. Схема ресинтеза специфического жира в стенке кишечника. Хиломикроны: особенности строения, биологическая роль. Роль липопротеинлипазы в метаболизме хиломикронов.
4. Тканевой липолиз, биологическая роль. Схема окисления глицерола в тканях, энергетический баланс окисления глицерола до СО₂ и Н₂О.
5. Окисление жирных кислот в тканях: локализация в клетке, транспорт ацильных остатков через митохондриальную мембрану, последовательность реакций β-окисления, роль витаминных коферментов в этом процессе.
6. Биологическая роль окисления высших жирных кислот. Энергетический баланс β-окисления жирных кислот (выход АТФ).
7. Кетоновые тела: реакции их биосинтеза и утилизации в тканях, биологическая роль.

Выполните упражения и решите задачи:

1. Напишите реакции переваривания следующего триацилглицерола:

Укажите локализацию процесса, назовите фермент и продукты реакции.

2.Напишите реакцию взаимодействия дезоксихолевой кислоты с глицином. Назовите продукт реакции, отметьте гидрофильный и гидрофобный участки в его молекуле. Укажите роль желчных кислот в переваривании жиров.

3. Через 5 часов после обеда у пациента провели исследование крови и обнаружили повышение содержания липидов. Укажите, липиды какого класса преобладали в крови?

4. На примере окисления стеариновой кислоты рассчитайте: 1) количество образующихся молекул ацетил-КоА, НАДН, ФАДН₂; 2) количество молекул АТФ, запасаемых в клетке при окислении до конечных продуктов одной молекулы пальмитиновой кислоты.

5. Сравните энергетический эффект (образование АТФ) при окислении одной молекулы глюкозы (С₆Н₁₂О₆) и одной молекулы капроновой кислоты (С₅Н₁₁СООН). Какой субстрат является более энергетически выгодным?

6. У больного сахарным диабетом обнаружено снижение значения рН крови. Как можно объяснить это изменение?

Литература

1. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. – М., 1990. – с.286-296; 298-300
2. Николаев А.Я. Биологическая химия. – М., 1989. – с.274-276; 280-281; 292-296.
3. Строев Е.А. Биологическая химия. – М., 1986. – с. 181-184; 186-189; 258-262; 268-269.
4. Руководство к практическим занятиям по биохимии. Часть I. – Ярославль, 1999. – с.82-88.
5. Конспекты лекций.

© С.М.Ершиков, 2007.